Cristales de vórtice fotónico para simulación óptica de sistemas complejos

Los remolinos de agua, los anillos de humo, los tornados violentos y las galaxias espirales son ejemplos de fluctuaciones en los fluidos, aunque son muy diferentes entre sí. Giros similares, pero en el ámbito de la luz, fueron creados por el grupo de investigación coordinado por Antonio Ambrosio en el IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (Instituto Italiano de Tecnología), en Milán (Italia). Los resultados se publican en la revista Fotónica de la naturalezaque muestra la realización de 100 vórtices fotónicos, acoplados para formar una estructura ordenada, un fotocristal.

La interacción de la luz y los materiales nanoestructurados es el foco de la investigación de Antonio Ambrosio, investigador principal de la línea de investigación de nanoimagen vectorial del IIT de Milán y beneficiario del proyecto «METAmorphoses» del ERC Consolidator.

Los generadores de luz torcida se han desarrollado en los últimos años, pero generalmente crean un solo vórtice que se propaga por sí mismo en Espacio vacio. En cambio, los investigadores del IIT han demostrado que es posible crear 100 vórtices de luz, combinados con un cristal fotónico ordenado.

El grupo en Milán también incluye un Ph.D. El estudiante Michael de Oliveira y el investigador Marco Piccardo, quien también es el primer autor del artículo. Sus resultados muestran cómo la superficie de la nanoestructura puede usarse como una máscara para controlar simultáneamente todos los parámetros de muchos rayos láser, no solo su intensidad. El grupo demostró que esto es posible mediante el diseño de un conjunto de superficies, es decir, nanoestructuradas Dispositivos ópticosque plantilla rayo de luz En un área 100 veces más delgada que un cabello humano. Las metasuperficies logradas forman el frente de onda de luz como un interruptor helicoidal, generando un vórtice óptico.

entrada de archivo metasuperficie Una matriz dentro de una cavidad láser, en la que la luz rebota constantemente entre dos espejos, abre la puerta a nuevas propiedades, como la reparación automática de una falla del sistema o la remodelación del número de fluctuaciones que hace la luz. Estas propiedades resultan de la interacción entre diferentes vórtices del cristal: cada vórtice está formado de hecho por la interacción con los otros vórtices de una red sintonizable.

La capacidad de ajustar el número de giros a pedido es una característica única del láser de superficie. Aunque los dispositivos tienen un diseño fijo y solo pueden generar un tipo específico de vórtice óptico en el espacio libre, cuando se insertan en el cavidad láser, las propiedades de los vórtices, conocidos por su topología, se pueden cambiar simplemente ajustando el espejo de la cavidad. Esta función se puede utilizar para la modulación dinámica de la luz que transmite información útil en las fluctuaciones para las comunicaciones ópticas.

El sistema desarrollado en Milán es robusto y también tiene la capacidad de procesar información codificada en varios sistemas asociados, incluidas galaxias lejanas y masivas. Gracias a estos nuevos resultados, ahora es posible simular en el laboratorio sistemas pares complejos, con cambios de orden por defectos estables, que de otro modo son difíciles de reproducir porque involucran escalas gigantes, como las galaxias, o forman parte de sistemas hidrodinámicos extremos.

En los siguientes pasos, los investigadores investigarán cómo ajustar la fuerza de interacción entre los vórtices y expandir el sistema a un mayor número de remolinos.